负极和包括其的锂二次电池制造技术

公开了一种负极和包括其的锂二次电池。所述负极包括：集电器；和负极活性材料层，所述负极活性材料层设置在所述集电器的至少一个表面上，并且包括：1)负极活性材料，所述负极活性材料包括含Mg的硅氧化物、围绕所述含Mg的硅氧化物的表面的碳涂层、和围绕所述碳涂层的表面的石墨烯涂层，2)包括单壁碳纳米管(SWCNT)的导电材料，和3)粘合剂，其中所述石墨烯涂层中包含的石墨烯具有0.8至1.5的D/G带强度比，并且所述石墨烯的D/G带强度比被定义为如通过石墨烯的拉曼光谱所测定的、1360

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极和包括其的锂二次电池


[0001]本公开内容涉及一种具有改善的寿命特性的负极和包括其的锂二次电池。
[0002]本申请要求于2020年9月21日在韩国递交的韩国专利申请第10
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2020
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0121381号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。

技术介绍

[0003]近来，随着移动仪器、个人计算机、电动马达、和当代电容器装置已得到发展和普及，对高容量能源的需求已日渐增长。这些能源的典型示例包括锂二次电池。硅作为用于下一代型非水电解质二次电池的负极材料而已受到许多关注，因为其具有对应约10倍或更大的常规被用作负极材料的石墨基材料的容量(理论容量：372mAh/g)的容量(约4200mAh/g)。因此，已提出将与锂进行合金化并示出高理论容量的硅作为取代碳质材料的新型负极活性材料。
[0004]然而，硅在充电期间经历体积膨胀并且在放电期间经历体积收缩。为此，当二次电池进行反复地充电/放电时，用作负极活性材料的硅被微粉化并示出在电极中失去导电路径的孤立颗粒的增加，造成二次电池容量下降。
[0005]已尝试实施硅的微粉化以便改善循环特性。结果，可以预期循环特性可随着微粉化进行而得到改善。然而，在降低结晶硅的微晶尺寸存在限制。因此，难以充分地解决在充电/放电期间硅的微粉化的问题。
[0006]作为另一种改善循环特性的方法，已提出使用硅氧化物(SiO
x
)。硅氧化物(SiO
x
)形成在其中具有数个纳米尺寸的硅晶体均质地分散在硅氧化物中的结构，同时其在1,000℃或更高的温度下通过歧化(disproportionation)[0010]而分解成Si和SiO2。预期当将这种硅氧化物应用于用于二次电池的负极活性材料时，该硅氧化物提供对应约硅负极活性材料的容量一半的低容量但示出约5倍于碳质负极活性材料容量的容量。除此之外，其在充电/放电期间在结构上示出小的改变以提供优异的循环寿命特性。然而，硅氧化物在初始充电时经历与锂的反应而产生锂硅化物和锂氧化物(氧化锂和硅酸锂)。特别是，锂氧化物不能参与随后的电化学反应并且在初始充电时传输至负极的部分锂不能返回至正极，并因此发生了不可逆反应。在硅氧化物的情况下，其相较于其他硅基负极示出高不可逆容量并且提供了70％至75％的显著低的初始充电效率(ICE，初始放电容量相对于充电容量的比例)。这种低初始效率在制造二次电池时要求过量的正极容量而导致负极每单位重量容量的扣除。
[0007]除此之外，当使用硅氧化物作为负极活性材料时，使用碳纳米管(CNT)作为导电材料用以改善电导率并抑制电短路。然而，碳纳米管在经历体积收缩/膨胀之后与硅氧化物表面分离，造成电短路。
[0008]因此，仍然需要发展一种减少产生导致这种不可逆性的锂氧化物、并因此在使用硅氧化物作为负极活性材料时可满足寿命特性以及初始容量/效率的硅氧化物基材料。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]本公开内容有关提供一种具有优异的初始容量/效率和寿命特性的负极活性材料、和包括其的负极和锂二次电池。本公开内容的这些和其他专利技术目的和优点可从下述详细描述中得以理解，并从本公开内容的示例性实施方式中变得更加充分地显而易见。此外，要易于理解的是，本公开内容的目的和优点可通过随附的权利要求书中示出的手段及其组合而得以实现。
[0011]技术方案
[0012]在本公开内容的一个方面中，提供了根据下述实施方式中任一者所述的负极。
[0013]根据本公开内容的第一实施方式，提供一种负极，包括：
[0014]集电器；和
[0015]负极活性材料层，所述负极活性材料层设置在所述集电器的至少一个表面上，并且包括：1)负极活性材料层，所述负极活性材料层包括含Mg的硅氧化物、围绕所述含Mg的硅氧化物的表面的碳涂层、和围绕所述碳涂层的表面的石墨烯涂层，2)包括单壁碳纳米管(Single
‑
walled Carbon Nanotube,SWCNT)的导电材料，和3)粘合剂，
[0016]其中所述石墨烯涂层中包含的石墨烯具有0.8至1.5的D/G带强度比，并且
[0017]所述石墨烯的D/G带强度比被定义为如通过石墨烯的拉曼光谱所测定的、1360
±
50cm
‑1处的D带的最大峰强度基于1580
±
50cm
‑1处的G带的最大峰强度的比例的平均值。
[0018]根据本公开内容的第二实施方式，提供如第一实施方式中限定的负极，
[0019]其中所述石墨烯涂层中包含的石墨烯具有0.8至1.4的D/G带强度比。
[0020]根据本公开内容的第三实施方式，提供如第一实施方式或第二实施方式中限定的负极，
[0021]其中所述含Mg的硅氧化物包括4重量％至15重量％的Mg。
[0022]根据本公开内容的第四实施方式，提供如第一实施方式至第三实施方式中的任一者中限定的负极，
[0023]其中所述石墨烯涂层的含量为基于所述负极活性材料的总重量的0.5重量％至10重量％。
[0024]根据本公开内容的第五实施方式，提供如第一实施方式至第四实施方式中的任一者中限定的负极，
[0025]其中所述碳涂层的含量为基于所述负极活性材料的总重量的0.5重量％至10重量％。
[0026]根据本公开内容的第六实施方式，提供如第一实施方式至第五实施方式中的任一者中限定的负极，
[0027]其中所述单壁碳纳米管的含量为基于所述负极活性材料层的总重量的0.01重量％至0.06重量％。
[0028]根据本公开内容的第七实施方式，提供如第一实施方式至第六实施方式中的任一者中限定的负极，
[0029]其中所述导电材料进一步包括炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纳米纤维、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑、碳纤维、金属纤维、氟化碳、金属粉末、导电晶须、导电金属氧化物、聚苯
撑衍生物、或它们中的两者或更多者。
[0030]根据本公开内容的第八实施方式，提供如第一实施方式至第七实施方式中的任一者中限定的负极，
[0031]其中所述负极活性材料层进一步包括碳质活性材料。
[0032]根据本公开内容的第九实施方式，提供如第八实施方式中限定的负极，
[0033]其中所述碳质活性材料包括人工石墨、天然石墨、可石墨化碳纤维、可石墨化中间相碳微球、石油焦炭、焙烧树脂、碳纤维、热解炭、或它们中的两者或更多者。
[0034]根据本公开内容的第十实施方式，提供一种锂离子二次电池，包括如第一实施方式至第九实施方式中的任一者中限定的负极。
[0035]有益效果
[0036]在根据本公开内容实施方式的负极中，除了常规碳涂层之外，石墨烯涂层被进一步引入至含Mg的硅氧化物的表面，并且单壁碳纳米管(Single
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walled Carbon N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极，包括：集电器；和负极活性材料层，所述负极活性材料层设置在所述集电器的至少一个表面上，并且包括：1)负极活性材料，所述负极活性材料包括含Mg的硅氧化物、围绕所述含Mg的硅氧化物的表面的碳涂层、和围绕所述碳涂层的表面的石墨烯涂层，2)包括单壁碳纳米管(Single
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walled Carbon Nanotube,SWCNT)的导电材料，和3)粘合剂，其中所述石墨烯涂层中包含的石墨烯具有0.8至1.5的D/G带强度比，并且所述石墨烯的D/G带强度比被定义为如通过石墨烯的拉曼光谱所测定的、1360
±
50cm
‑1处的D带的最大峰强度基于1580
±
50cm
‑1处的G带的最大峰强度的比例的平均值。2.根据权利要求1所述的负极，其中所述石墨烯涂层中包含的石墨烯具有0.8至1.4的D/G带强度比。3.根据权利要求1所述的负极，其中所述含Mg的硅氧化物包括4重量％至15重量％的M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一根，申善英，金东赫，李龙珠，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：